JP2015035254A - 電気化学素子用電極板および電気化学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極リードの長辺の長さが短い場合でも電流を取り出すことが可能となり、材料ロスを抑制すること。【解決手段】帯状の金属体からなる集電体２ａの主面に活物質層２ｂを形成した電極板本体２と、電極板本体２の主面上に配置した電極リード３と、電極板本体２の端面と電極リード３の端面をそれぞれ溶融することにより形成した溶融部４とを備えた電気化学素子用電極板１において、電極リード３を折り曲げることにより、長辺の長さが短い電極リードでも電流を取り出すことができる。【選択図】図１
Description
本発明は、電気化学素子用電極板および電気化学素子に関するものである。
近年、携帯用電子機器の小型化、軽量化が進み、それらの電子機器の電源として小型軽量で高出力な二次電池は、電気化学素子の中で特に需要が高まっている。その中でも、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池は、高いエネルギー密度を有し、耐振動性や耐衝撃性も高いことから、開発が盛んに進んでいる。
その二次電池を一例とした電気化学素子用電極板は、金属箔からなる集電体の両面に活物質が塗布されており、適当な間隔を隔てて活物質の未塗工部分も設けられている。そして、活物質の未塗工部分には、短冊状の金属片からなる電極リードが接続されており、電極リードにより、集電体は封口板等の外部端子と接続される。
集電体と電極リードの接続は、集電体の端面と電極リードの端面を接続するようにプラズマ溶接等を行い、集電体と電極リードとを接続する手法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
しかしながら、この場合には電極リードの長辺の長さが電極板本体の幅方向の長さよりも長いことから電極リードの材料ロスが大きくなるという課題を有していた。
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、電極板本体の端面と電極リードの端面を溶接した後に電極リードを折り曲げることにより、電極リードの長辺の長さが短い場合でも電流を取り出すことが可能となり、材料ロスを抑制することを目的とするものである。
上記の課題を解決するために本発明の電気化学素子用電極板および電気化学素子は、帯状の金属体からなる集電体の主面に活物質層を形成した電極板本体と、前記電極板本体の主面上に配置した電極リードと、前記電極板本体の端面と前記電極リードの端面をそれぞれ溶融することにより形成した溶融部とを備えた電気化学素子用電極板において、前記電極リードは折り曲げられていることを特徴とするものである。
本発明の電気化学素子用電極板および電気化学素子では、電極リードを折り曲げることで、電極リードの長辺の長さが電極板本体の幅方向の長さより短い場合でも電流を外部に取り出すことを可能とし、溶接強度を低下させることなく電極リードの材料ロスを抑制することが可能となる。
本発明の第１の発明においては、帯状の金属体からなる集電体の主面に活物質層を形成した電極板本体と、前記電極板本体の主面上に配置した電極リードと、前記電極板本体の端面と前記電極リードの端面をそれぞれ溶融することにより形成した溶融部とを備えた電気化学素子用電極板において、前記電極リードは折り曲げられていることを特徴とする電気化学素子用電極板である。電極リードを折り曲げることにより、長辺の長さが短い電極リードでも電流を取り出すことが可能となる。
本発明の第２の発明においては、前記電極リードをＬ字状に折り曲げることにより、前記電極板本体の端面に位置決めする工程が容易になり生産性を高めることが可能となる。
本発明の第３の発明においては、前記電極リードの長辺の長さを前記電極板本体の幅方向の長さよりも短くすることにより、電極リードの材料ロスを抑制することが可能となる。
本発明の第４の発明においては、第１の発明から第３の発明の電気化学素子用電極板を正極板または／および負極板として用い、前記正極板と前記負極板とをセパレータに介して巻回または積層してなる電極群を備えた電気化学素子とすることにより、長辺の長さが短い電極リードでも電流を取り出すことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における電気化学素子用電極板１の断面図である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における電気化学素子用電極板１の断面図である。
電気化学素子用電極板１は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池に使用されるものであり、金属箔からなる集電体２ａの両面に全面的に活物質層２ｂを形成して構成された電極板本体２と、非水電解質二次電池の外部端子と接続するための電極リード３を含んでいる。電極板本体２は図１に示すようにその集電体２ａの表面に活物質層２ｂが形成されているが、集電体２ａの端面には活物質層２ｂは形成されておらず、集電体２ａが露出されている。
次に、集電体２ａおよび活物質層２ｂについて説明する。
正極については、例えば、正極集電体には、厚み５〜５０μｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金製の箔を用いることができる。正極活物質層は、正極集電体の表面に正極合材塗料を塗布し、乾燥した後、圧延して形成される。正極合剤塗料は、正極活物質、導電材および結着材を分散媒中にプラネタリーミキサ等の分散機により混合分散させることにより調製される。
正極活物質としては、コバルト酸リチウムおよびその変性体、ニッケル酸リチウムおよびその変性体、並びにマンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。
また、負極については、例えば、厚み５〜５０μｍの銅箔等を負極集電体として用いることができる。負極活物質層は、負極集電体の表面に負極合材塗料を塗布し、乾燥した後
、圧延して形成される。負極合剤塗料は、負極活物質、導電材および結着材を分散媒中にプラネタリーミキサ等の分散機により混合分散させることにより調製される。
、圧延して形成される。負極合剤塗料は、負極活物質、導電材および結着材を分散媒中にプラネタリーミキサ等の分散機により混合分散させることにより調製される。
負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料、合金系材料などを挙げることができ、合金材料としては、ケイ素酸化物、ケイ素、ケイ素合金、スズ酸化物、スズ、スズ合金などを用いることができる。
以上のような塗布法の他に、集電体の表面に活物質の薄膜を形成することにより、活物質層を形成してもよい。この薄膜を形成する手法として、蒸着法、スパッタリング法、およびＣＶＤ法などを使用することができる。
これらの手法により形成される活物質の厚みは、概ね５〜３０μｍの範囲が好ましい。
溶融部４は、電極板本体２の長手方向端面と電極リード３の端面をそれぞれ溶融して形成する。
そして、電極リード３を１８０度折り曲げることで、電極リード３の長辺の長さが電極板本体の幅方向の長さより短い場合でも電流を外部に取り出すことを可能とし、溶接強度を低下させることなく、電極リード３の材料ロスを抑制することができる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態における電気化学素子用電極板１の断面図である。実施の形態１と同様の構成については、説明を割愛する。
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態における電気化学素子用電極板１の断面図である。実施の形態１と同様の構成については、説明を割愛する。
電極リード３は、Ｌ字状に折り曲げたＬ字部５を有し、Ｌ字部５と前記電極板本体２の端面と係合している。
Ｌ字部５と電極板本体２の端面と係合して位置決めした後、電極リード３と電極板本体２をそれぞれ溶融して接続することで、電極板本体２の端面と電極リード３とを位置決めする工程が容易になり生産性を高めることが可能となる。
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施形態における電気化学素子である二次電池６の断面図である。これは、実施の形態１から実施の形態２に記載の電気化学素子用電極板１を正極板または／および負極板として用い、前記正極板と前記負極板とをセパレータに介して巻回または積層してなる電極群７を備えた二次電池６である。
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施形態における電気化学素子である二次電池６の断面図である。これは、実施の形態１から実施の形態２に記載の電気化学素子用電極板１を正極板または／および負極板として用い、前記正極板と前記負極板とをセパレータに介して巻回または積層してなる電極群７を備えた二次電池６である。
二次電池６は、実施の形態１または実施の形態２に記載の電気化学素子用電極板１を正極板８または／および負極板９に用い、正極板８と負極板９とをセパレータ１０を間に介在させて、渦巻状に巻回した電極群７を含んでいる。
ここで、セパレータ１０は、樹脂からなる微多孔膜フイルムであってもよく、金属酸化物などのフィラーからなるセパレータであってもよく、微多孔膜フイルムとセパレータとの積層体であってもよい。また、セパレータの厚みは、概ね５〜５０μｍの範囲が好ましい。
電極群７は、上下に絶縁板１１ａおよび１１ｂを配した状態で、有底円筒形の電池ケース１２の内部に収納される。電極群７の上部より導出した正極リード１３は、電池ケース１２の開口部を封口する封口体１４に接続される。一方、電極群７の下部より導出した負極リード１５は、電池ケース１２の底部に接続される。また、電池ケース１２には、所定量の非水電解液が注液される。電解液は、電極群７を電池ケース１２に収納した後に注液される。電解液の注液が終了すると、電池ケース１２の開口部に、封口ガスケット１６を
周縁に取り付けた封口体１４を挿入し、電池ケース１２の開口部を内方向に折り曲げるようにかしめ封口して、二次電池６が構成される。
周縁に取り付けた封口体１４を挿入し、電池ケース１２の開口部を内方向に折り曲げるようにかしめ封口して、二次電池６が構成される。
本発明は、二次電池６に適用でき、以下の具体的な実施例に記載のリチウムイオン二次電池に適用してもよく、ニッケル水素蓄電池などに適用してもよい。また、本発明は、二次電池と同様の集電構造を有するコンデンサなどの電気化学素子に適用してもよい。
以下、本発明をリチウムイオン二次電池用電極板に適応した具体的実施例を説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
以下のようにして、図１に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板１を作製した。厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
（実施例１）
以下のようにして、図１に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板１を作製した。厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
次に、電極板本体２の端面の一端部と電極リード３の端面の一端部に溶融部４を形成した後、電極リード３を１８０度折り曲げた電極板を作成した。
（実施例２）
以下のようにして、図２に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
（実施例２）
以下のようにして、図２に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
そして、Ｌ字状に折り曲げられた電極リード３を電極板本体２の一端部に係合して位置決めした後、電極リード３と電極板本体２をそれぞれ溶融して接続した後、電極リード３を１８０度折り曲げた電極板を作成した。
（比較例１）
以下のようにして、図４に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。実施例１と同様に、厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ６０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
（比較例１）
以下のようにして、図４に示したのと同じ構造のリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。実施例１と同様に、厚さ４０μｍの銅箔からなる集電体２ａの両面に、厚み２０μｍで珪素の酸化物からなる活物質層２ｂを真空蒸着した。活物質層２ｂが両面に蒸着された集電体２ａを、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍの帯状に裁断して、厚み８０μｍの電極板本体１を作製した。そして、厚みが０．１ｍｍ、長さ６０ｍｍ、幅３ｍｍの銅からなる電極リード３を、電極板本体２の一端部に活物質層２ｂを介して配置した。
次に、電極板本体２の端面の一端部と電極リード３の端面の一端部に溶融部４を形成した。実施例１とは異なり、電極リード３を１８０度折り曲げなかった。
以下、リチウムイオン二次電池用電極板の評価方法と結果について述べる。
上述のように作成した実施例１〜２および比較例１のリチウムイオン二次電池用電極板を各５０個準備し、電極板本体と電極リードとの溶融部についての評価を行った。
作成した各実施例および比較例から５個ずつ抜き取り、溶融部４における引張強度を測定した。具体的には、引っ張り試験機の一方に電極板本体２を保持させ、引っ張り試験機の他方に電極リード３を保持させた状態で、一定の速度で引っ張り試験機の軸方向、詳細には電極板本体２と電極リード３とが互いに離れる方向に引っ張り、溶融部４が破壊した
ときの荷重を引張強度とした。
ときの荷重を引張強度とした。
また、引張試験後、視認により各実施例および比較例の溶融部、破壊部を観察した。
上記の評価結果を（表１）に示す。
（表１）の引張強度の測定結果では、実施例１〜２および比較例１のいずれにおいても引張強度は０．５Ｎであった。また、引張試験後の破壊部分を観察した結果では、実施例１〜２および比較例１のいずれにおいても破壊部分は溶融部ではなく、集電体部で破壊されていることが観察できた。つまり、実施例１〜２の溶融部における引張強度は、電極板本体２自体の引張強度よりも高い溶接強度を有しており、溶接後のリード折り曲げ工程に伴う溶接強度の低下は小さいものであると推察できる。
また、比較例１と比べて、実施例１、２の電極リード３は短い長さでよく、材料ロスを抑制することが可能となる。
また、実施例２では電極リードのＬ字部を電極板本体の端面に当て決めできるため、位置決めが容易であり、位置決め精度のばらつき抑制に有効である。
本発明の構成は、大電流放電に適した集電構造を有する電気化学素子に有用で、例えば、高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源、蓄電用電源等に有用である。
１ 電気化学素子用電極板
２ 電極板本体
２ａ 集電体
２ｂ 活物質層
３ 電極リード
４ 溶融部
５ Ｌ字部
６ 二次電池
７ 電極群
８ 正極板
９ 負極板
１０ セパレータ
１１ａ、１１ｂ 絶縁板
１２ 電池ケース
１３ 正極リード
１４ 封口体
１５ 負極リード
１６ 封口ガスケット
２ 電極板本体
２ａ 集電体
２ｂ 活物質層
３ 電極リード
４ 溶融部
５ Ｌ字部
６ 二次電池
７ 電極群
８ 正極板
９ 負極板
１０ セパレータ
１１ａ、１１ｂ 絶縁板
１２ 電池ケース
１３ 正極リード
１４ 封口体
１５ 負極リード
１６ 封口ガスケット
Claims (4)
- 帯状の金属体からなる集電体の主面に活物質層を形成した電極板本体と、前記電極板本体の主面上に配置した電極リードと、前記電極板本体の端面と前記電極リードの端面をそれぞれ溶融することにより形成した溶融部とを備えた電気化学素子用電極板において、前記電極リードは折り曲げられていることを特徴とする電気化学素子用電極板。
- 前記電極リードは、Ｌ字状に折り曲げたＬ字部を有し、前記Ｌ字部と前記電極板本体の端面と係合したことを特徴とする請求項１記載の電気化学素子用電極板。
- 前記電極リードは、前記電極リードの長辺の長さを前記電極板本体の幅方向の長さよりも短くなるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学素子用電極板。
- 請求項１から請求項３に記載の電気化学素子用電極板を正極板または／および負極板として用い、前記正極板と前記負極板とをセパレータに介して巻回または積層してなる電極群を備えた電気化学素子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2011263305A JP2015035254A (ja) | 2011-12-01 | 2011-12-01 | 電気化学素子用電極板および電気化学素子 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011263305A JP2015035254A (ja) | 2011-12-01 | 2011-12-01 | 電気化学素子用電極板および電気化学素子 |
Publications (1)
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-
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013080460A1 (ja) | 2013-06-06 |
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